La coordinación de la actividad neuronal a través de redes cerebrales generalizadas es esencial para la cognición humana. Los investigadores han asumido durante mucho tiempo que las oscilaciones en el cerebro, comúnmente medidas con fines de investigación, la interfaz cerebro-computadora y las pruebas clínicas, eran señales estacionarias que se producían de forma independiente en diferentesregiones cerebrales. Los ingenieros biomédicos de Columbia Engineering han descubierto una nueva característica fundamental de las oscilaciones cerebrales: en realidad se mueven rítmicamente a través del cerebro, reflejando patrones de actividad neuronal que se propagan a través de la corteza. El estudio fue publicado hoy en neurona .
"También descubrimos que estas ondas viajeras se movían de manera más confiable cuando los sujetos se desempeñaban bien mientras realizaban una tarea de memoria de trabajo", dice Joshua Jacobs, profesor asistente de ingeniería biomédica y autor principal del artículo. "Esto indica que las ondas viajeras son significativas paramemoria y cognición: nuestros hallazgos muestran que estas oscilaciones son un mecanismo importante para la coordinación a gran escala en el cerebro humano ".
El equipo de Jacobs estudió las grabaciones cerebrales directas de 77 pacientes con epilepsia, a quienes se les colocaron electrodos en áreas cerebrales generalizadas para mapear las convulsiones. Para el estudio de Jacobs, se les pidió a los pacientes que realizaran una tarea de memoria. Al examinar las grabaciones cerebrales de estos pacientes, los investigadores encontraron grandes regiones del cerebro en pacientes individuales con oscilaciones "theta" y "alfa", que están vinculadas a la cognición, a frecuencias específicas entre 2 y 15 Hz. Estas oscilaciones indican que las neuronas en esta región se activaron rítmicamente para apoyar la cognición,pero el papel específico desempeñado por estas oscilaciones no ha quedado claro.
El grupo utilizó dos métodos novedosos para analizar los datos. Primero, midieron las oscilaciones individuales simultáneamente de múltiples electrodos en lugar de utilizar el método más común para medir cada onda cerebral por separado de las ubicaciones individuales. Segundo, desarrollaron un nuevo marco analítico que permitiópara medir el movimiento instantáneo de cada onda viajera. Usando este enfoque, descubrieron que las oscilaciones en realidad eran ondas viajeras que se movían a través de la corteza a 0.25-0.75 m / s.
"Las ondas viajeras fueron relevantes en el comportamiento porque su propagación se correlacionó con los eventos de la tarea y fue más consistente cuando los sujetos realizaron bien la tarea", dice Honghui Zhang, un postdoc en el laboratorio de Jacobs y autor principal del artículo.
Los hallazgos del estudio demuestran que el cerebro usa oscilaciones neuronales para propagar información a través de diferentes regiones y que, al organizar procesos neuronales a través del espacio y el tiempo, las ondas viajeras juegan un papel importante en el apoyo de la conectividad cerebral.
"Nuestra investigación indica que, cuando un investigador registra una oscilación cerebral, la actividad neuronal se comunica a través del cerebro", dice Jacobs. "Entonces, además de abrir nuevas direcciones para la investigación fundamental del cerebro sobre conectividad y memoria, nuestro trabajo sugiereque los médicos pueden medir patrones de ondas de viaje para caracterizar la conectividad cerebral de un individuo. Las ondas de viaje son como las olas del océano, se mueven a través de la superficie de la corteza y también pueden proporcionar un nuevo tipo de señal que puede usarse para las interfaces cerebro-computadora ".
"Este trabajo reciente del laboratorio de Jacobs es increíblemente emocionante", dice Kareem Zaghloul, investigador de la Unidad de Neurocirugía Funcional y Restaurativa de los Institutos Nacionales de Salud. "El estudio de las ondas viajeras abre nuevas direcciones para la investigación del cerebro, como ahoranos permite considerar no solo lo que el cerebro representa sino cómo se mueve la información alrededor del cerebro "
Jacobs está explorando actualmente cómo las ondas viajeras son relevantes para otros comportamientos, incluida la navegación espacial y la memoria a largo plazo. Su grupo también está desarrollando nuevas metodologías para probar si otros tipos de oscilaciones cerebrales, como las de frecuencias más rápidas, también se comportan comoolas que viajan
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Columbia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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